Carbohydrates@生物化学精品讲义
山东大学生物化学精品课程 03-4 Carbohydrate synthesis
类囊体基质①逆HMP 途径Calvin Cycle (三碳循环)3-磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛5-磷酸核酮糖1,5-二磷酸核酮糖CO2固定(CO2fixation) 受体的再生固定还原核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(rubisco)2-羧-3-酮-D-阿拉伯醇烯二醇中间物水合中间物(偕二醇形式)负碳离子3-p-甘油酸逆H M P 途径The Nobel Prize in Chemistry 1961 "for his research on the carbon dioxide assimilation in plants "Melvin CalvinUSAUniversity of CaliforniaBerkeley, CA, USA1911-1997四碳循环(Hatch-Stack 途径)由简单前体合成糖糖异生不能通过酵解的逆反应实现，需胞质和线粒体酶的相互协作完成。
（3）从丙酮酸开始的糖异生作用两种方式①②葡萄糖-6-磷酸酶Glucose 6-phosphatase converts glucose 6-P to glucose in the ER lumen of liver and kidney cells.肝细胞、肾(4) T C A 环的中间体可参与糖异生偶数碳脂肪酸及代谢为乙酰-CoA的氨基酸在动物中不能异生为糖生丙酮酸的两个不同命运：异生和酵解是相互调节的Glycolysis and gluconeogenesis are reciprocally regulatedA high [AMP]indicates that the energy charge is low and signals the need for ATP.High [ATP]and [citrate]indicate the energy charge is high and intermediates areabundant.Glucagon stimulatesInsulin stimulates胰高血糖素胰岛素反应历程：G-1-P + p-p-p-U UDP-G + PPi△G 0’= 〜0 kJ/mol2 Pi(1)(2)ΔG 0’= -33.5 kJ/mol3.1 单糖的活化G-6-P G-1-P ΔG 0’= 7.28 kJ/molUDP-葡萄糖焦磷酸化酶p1843.2 糖链的延长＋糖原合酶非还原端11个糖基非还原端7糖残基被切下非还原端7糖残基Glycogen-branchingenzyme非还原端11个糖基非还原端7糖残基被切下Glycogen-branchingenzyme7糖残基的还原端被转移到同一或另一相邻糖链距分枝点或核心第4个糖残基上△G0’= -15.5 kJ/mol7糖残基的还原端被转移到前4个糖基上△G0’= -15.5 kJ/mol Glycogen-branching enzyme非还原端11个糖基非还原端7糖残基被切下糖原的分解与合成的调节高活性糖原合酶低活性糖原磷酸化酶低活性糖原合酶高活性糖原磷酸化酶己糖激酶(hexokinase)缺乏红细胞中，葡萄糖磷酸化受影响，EMP产物减少，2,3-dip-甘油酸缺少，血的亲和力异常高，组织获得红蛋白对O2的机会少，引起缺氧。
生物化学精品课件(厦大)carbohydrates and glycobiology
Aldoses and Ketoses
Aldehyde vs. Ketone
The smallest sugar--triose
A carbonyl group is a functional group composed of a carbon atom double-bonded to an oxygen atom: C=O.
D or L is determined by the chiral center with highest number
Mutual epimers: differ only around one carbon D-mannose vs. D-glucose D-glucose vs. D-galactose
Stereoisomers with n chiral centers=2n
Four chiral centers can yield 16 isomers of D- and Lforms together.
Ketose with three carbons
Ketose with
No chiral center
Ribose and deoxyribose sugars form part of the structural framework of RNA and DNA.
Polysaccharides are structural elements in the cell walls of bacteria and plants. They are involved in cell-cell recognition.
Key point: One carbon center with four different side groups.
天津大学生物化学课件LectureCarbohydrates
HO C H
HO C H
H C OH
H C OH
CH2OH
Ｄ－山梨糖
CH2OH
Ｄ－塔格糖
天然糖类化合物多为D-构型
醛糖和酮糖互变
H
1C O
2
H C OH
3
H C OH
4
H C OH
5CH2OH
D-核糖
H 1 C OH 2 C OH
3
H C OH
4
H C OH 5CH2OH
烯二醇
H 1 HC OH
2C O
CH2OH
H H OH
O OH H
OH
H
H
OH
-D-Glucopyranose
Cu2+, -OH Cu2O, H2O
CH2OH
H H OH
OH
OH O
H
O-
H
OH
D-Gluconic acid
COO-
H H OH
OH
O OH
H H
H
OH
β-D-Glucuronic acid
CH2OH
H
O
H OH H
糖类化合物的概念
• 糖类化合物是自然界分布广泛，数量最多 的有机化合物
• 最初糖类化合物用Cn(H2O)m通式来表示，统 称碳水化合物（Carbohydrate），现定义 为多羟基的醛或酮及其缩聚物和某些衍生 物
• 糖类化合物是一切生物体维持生命活动所 需能量的主要来源，是生物体合成其他化 合物的基本原料，有时还充当结构性物质
Ｌ-(-)甘油醛
Ｄ-(＋)甘油醛
(-) 表示左旋光性，(+)表示右旋光性
D-醛糖(aldose)（开链）
carbohydrates 中国医科大学 糖代谢 生物化学 英文
COOC O ~ P + H2O CH2
PEP
(10) PEP →pyruvate
COOC O~ P CH2 PEP
ADP
ATP COO-
pyruvate kinase
CO CH3
Pyruvate
• Second substrate level phosphorylation • irreversible
1) Glycolytic pathway : G → pyruvate including 10 reactions.
(1) G phosphorylated into glucose 6-phosphate
HO CH2 HH O
OH H
OH
ATP
ADP
H
Mg2+
OH Hexokinase
H OH
bifunctional enzyme
2) Pyruvate kinase
• Allosteric regulation: F-1,6-BP acts as allosteric activator；
ATP and Ala in liver act as allosteric inhibitors;
Mg2+
F- 6-P
F- 1,6-BP
PFK-1
Aldolase
lactate
NAD+
GAP
DHAP
LDH NADH+H+
pyruvate ATP
NAD+ NADH+H+
H3PO4
glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase
pyruvate kinase Nhomakorabeaglycerate
【生物化学】Chapter 7 Carbohydrate Catabolism
Zhao Dandan
Chapter 7 Carbohydrate Catabolism
29
D-glucose
occupies a central position in metabolism of plants, animals, and many microorganisms
Chapter 7 Outline
77..11 GGllyyccoollyyssiiss 7.2 WGhluact oisngeloycgoelynseiss?is 7.3 SPteepnstoosf eglpyhcoolsypsihsate pathway
Diverse fates of pyruvate Feeder pathways for glycolysis
specialized functions of cells
Zhao Dandan
Chapter 7 Carbohydrate Catabolism
5
(3) Classification of Metabolism
Catabolism
Anabolism
Breakdown of
Building of complex
Zhao Dandan
Chapter 7 Carbohydrate Catabolism
4
(2) Functions of metabolism
1. Obtain chemical energy from the degradation of energy-rich nutrients from the environment or from captured solar energy
陕师大有机化学讲义15章
[ ]
20 D
19
2. 葡萄糖的其它特性
(1) D-葡萄糖只能与一个醇（甲醇）形成缩醛。 (2) 不与NaHSO3反应。 (3) IR图谱中没有羰基的伸缩振动。 (4) 1HNMR图谱中没有醛基质子的吸收峰。 (5) 能与斐林试剂、土伦试剂、H2NOH、HCN、Br2水 等发生反应。（有醛基） 无醛基
一个有旋光的化合物，放入溶液
中，它的旋光度逐渐变化，最后
达到一个稳定的平衡值，这种现 象称为变旋现象。
时间 α
D
新配制的从乙醇溶液 中结晶的葡萄糖 （mp=146℃）溶液
放置
葡萄糖溶 液
放置
新配制的从吡啶中结 晶的葡萄糖 （mp=152℃）溶液
[ ]
20 D
112
[ ]
20 D
52
D-葡萄糖酸
C 用硝酸氧化
CH=O H HO H H OH H OH OH CH2OH
a.稀硝酸能把醛糖氧化成糖二酸。
COOH H OH H OH OH CH2OH
b.稀硝酸氧化酮糖时导致C1-C2键
断裂，用来区别醛糖和酮糖或用 来测定结构。 c.浓硝酸能使二级醇氧化，进一步 导致C-C键断裂，因此不能使用。
分子中的半缩醛羟基和另一个单糖分子中的羟基失水得到的糖。
即两个单糖以苷键相连形成的双糖。
（1）非还原性糖：两个单糖以半缩醛羟基相连，如蔗糖。 （2）还原性糖：一个单糖的半缩醛与另一单糖的羟基脱水 相连，如麦芽糖。
1. 麦芽糖 4-O-(-D-吡喃葡萄糖基)- -D-吡喃葡萄糖
CH2OH OH
H H OH OH H
O H
H
-苷键
OCH3 OH
甲基 - -D-吡喃葡萄糖苷
Chapter 5 Carbohydrates共32页文档
“碳水化合物” VS “糖类” 有争议！
光合作用 Photosynthesis 的结果：水＋CO2 为原料合 成
植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将CO2 和 H2O 转化为 糖类(有机物)，并释放出O2的生化过程。
Ⅱ Classification of CHO 碳水化合物分类（FAO/WHO，2019）
分类 亚组
碳数/残基数 组 成
糖
单糖
丙糖/三碳糖 丙醛糖（甘油醛），丙酮糖
1～2C
丁糖/四碳糖 赤藓糖、苏阿糖
戊糖/五碳糖 核糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖
己糖/六碳糖 葡萄糖、半乳糖、果糖、甘露糖海藻糖
庚糖/七碳糖
CHO
H
OH
H
HO
H
HO
H
OH
HO
CHO OH H H
H
OH
H
OH
CH2OH
CH2OH
CHO
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-葡萄糖 D -甘露糖 D -半乳糖
D -葡萄糖
C4 构型不同，C2、C 3、C 5 构型相同
D -甘露糖ຫໍສະໝຸດ 自FAO/WHO, Carbohydrates in human nutrition, Rome:ISBN,2019,66:1-7
其它单糖，一过性存在。 其它单糖 → →→ 葡萄糖 → 血液、利用
血糖生成～ 、 非血糖生成～ 胰岛素依赖、胰岛素不依赖 （非葡萄糖）
以“Glycermic Index，GI / 血糖生成指数”分类 高GI～、中GI～、低GI～
山东大学生物化学精品课程 01-1 Carbohydrate
第一章糖类Carbohydrate Saccharide一、糖类是地球上最多的化合物糖是世界上存在最多的一类有机化合物，也是人类所需要的最基础的物质。
最简单的定义：多羟基的醛类或酮类化合物，以及它们的衍生物或聚合物。
元素组成：CH 2O ，可以写成C n (H 2O)n二、糖的化学本质z由通式看好象糖是由Carbon+Hydrate组成的，所以起初人们认为糖是碳的“水化物”，所以把糖又称为碳水化合物（Carbohydrate)，现在一般不应样称呼。
糖的实质是多羟基醛酮。
z有些糖并不附合上面的通式，如有的糖的氢原子个数多了，或氧原子数少了，或者不同醛酮，而是醇或酸。
z扩大的定义：糖是多羟基的醛、酮、醇、酸。
z在生化研究中，糖的衍生物也属于研究范围。
如：氨基糖、磷酸糖等。
(淀粉颗粒）(糖原颗粒）三、糖的生理功能5、某些复合糖类在细胞的通讯与识别中有 重要地位。
参与细胞与细胞的识别（分子识别）， 病毒的吸附及抗原抗体的反应。
与膜蛋白和膜脂相连的糖——通信天线四、 糖的分类一般是按照糖的复杂程度进行分类。
1、单糖(monose)： 不能被水解变成更简单的糖的糖类（更小分子的糖）。
四、 糖的分类a 、按照所带官能团的性质可以将单糖分为 醛糖（aldose 如：葡萄糖 glucose） 酮糖（Ketose 如：果 糖 fructose)b、按照糖分子的含碳原子的数目来分， 可以将糖分为三、四、五、六、七等糖类，一般 称为丙、丁、戊、已、庚糖。
戊糖中最重要的是核糖（ribose)，核酮糖 已糖中最重要的是glucose, fructose.葡萄糖 醛糖果糖 酮糖四、 糖的分类2、寡糖(oligose)：oligo来自希腊文，意为少。
可以被水解的，产生少数的几个单糖的聚合物，一般 含有2-6个单糖分子，单糖之间以糖苷键连接。
最常见的是双糖, 如: 麦芽糖(maltose),乳糖(lactose),蔗糖(sucrose)。
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Cyclic monsaccharide structures and anomeric forms
Glucose (an aldose) can cyclize to form a cyclic hemiacetal Fructose (a ketose) can cyclize to form a cyclic hemiketal Cyclic form of glucose is a pyranose Cyclic form of fructose is a furanose
Pairs of isomers that have opposite configurations at one or more chiral centers but are NOT mirror images are diastereomers
Two sugars that differ in configuration at only one chiral center are epimers
Epimers
Epimers are two sugars that differ only in the configuration around one carbon atom of their structures.
D-Mannose differs from D-glucose only in its configuration around carbon 2.
Stereochemistry Review
D,L designation refers to the configuration of the highest-numbered asymmetric center
D,L only refers the stereocenter of interest back to D- and Lglyceraldehyde!
D,L do not specifБайду номын сангаас the sign of rotation of plane-polarized light!
D-sugars predominate in nature
More Stereochemistry
Know these definitions
Stereoisomers that are mirror images of each other are enantiomers
Glucose Galactose Mannose Ribose Arabinose Xylose Fructose
Glucose is the standard six-carbon sugar Galactose is an epimer of glucose Mannose is an epimer of glucose Ribose is the standard five-carbon sugar Arabinose is an epimer of ribose Xylose is an epimer of ribose Fructose is the ketose form of glucose
Haworth Structures – Step 1
1 CHO
H 2 OH
HO 3 H
4
H
OH
H 5 OH
6 CH2OH
6
HOH2C
H
5
H OH H
43 2
1
CHO
OH OH H OH
Haworth Structures – Step 2
H H OH H 1
6
HOH2C
5
4
3
2 CHO
OH OH H OH
simpler sugars under mild conditions Oligo = "a few" - usually 2 to 10 Polysaccharides are polymers of the simple sugars
Monsaccharides
An organic chemistry review Aldoses and ketoses contain aldehyde and ketone functions, respectively Triose, tetrose, etc. denotes number of carbons Aldoses with 3C or more and ketoses with 4C or more are chiral Review Fischer projections and D,L system
1
H OH
2
OH
HOH2C 6
H
5
H
4
OH
OH
3
H
O
OH
1
H
2
H
OH
α-, D-glucose
β, D-glucose
Cyclic monsaccharide structures and anomeric forms
D-Galactose differs from D-glucose only in its configuration around carbon 4.
D-Galactose and D-Mannose are not epimers.
Structures with which to be Familiar
HOH2C 6
H
5
H
4
OH
OH
3
H
OH
H
2
1
CHO
OH
Haworth Structures – Step 3
HOH2C 6
H
5
H
4
OH
OH
3
H
OH
H
2
1
CHO
OH HOH2C 6
H
5
H
4
OH
OH
3
H
O
1
CHOH H
2
OH
α and β enantiomers
HOH2C 6
H
5
H
4
OH
OH
3
H
OH
Carbohydrates
Outline
1. Carbohydrate Nomenclature 2. Monosaccharides 3. Oligosaccharides 4. Polysaccharides
Nomenclature
Carbohydrates are hydrates of carbon Monosaccharides (simple sugars) cannot be broken down into